La Revolución Científica de CRISPR-Cas

En los últimos años, el sistema CRISPR-Cas ha ido tomando protagonismo en el ámbito científico, hasta proclamarse como una de las herramientas de la genética molecular que probablemente cambiarán la forma de hacer ciencia a nivel global

CRISPR-Cas es un sistema de defensa, generalmente utilizado por bacterias, el cual puede ser utilizado como herramienta biotecnológica con multitud de aplicaciones en innumerables terrenos, pero para entender bien qué es y cómo funciona, hemos de tener algunas nociones básicas sobre su procedencia y su forma de actuar.

Este sistema fue por primera vez descrito en bacterias, concretamente en E. coli (microorganismo de referencia en la investigación científica) en el año 1987, cuando se observó que dentro del genoma de esta bacteria existían algunas regiones anormalmente repetidas, que se encontraban distantes dentro del propio material genético bacteriano, y que presentaban unas “regiones espaciadoras” dentro de estas secuencias. Además, se observó que estas secuencias eran palindrómicas (se leen igual en ambos sentidos). También se vio que, asociadas a estas secuencias, existían otras regiones del genoma que sintetizaban las conocidas como proteínas Cas.

En investigaciones posteriores se vio que estas secuencias repetidas se encontraban en multitud de microorganismos, lo que llevó a los investigadores, entre ellos el microbiólogo español Francis Mojica, a considerar que, si este sistema está presente en microorganismos tan diversos, es porque es de gran importancia para los mismos.

Más adelante se descubrió que las “regiones espaciadoras” que se encontraban dentro de las secuencias repetidas pertenecían a virus, puesto que eran idénticas a las observadas en estos microorganismos.

Con la consecución de diversos estudios se vio que la presencia de este sistema aportaba resistencia a las células en las que se estudiaba, mientras que su carencia o su sobreexpresión las debilitaba enormemente. Finalmente se determinó que CRISPR-Cas funciona de la siguiente forma: cuando un virus entra en la célula procariota (bacterias, arqueas…) para crear una infección, la proteína Cas “corta” un fragmento del genoma del virus y lo integra entre las secuencias CRISPR. Posteriormente (si la célula sobrevive a este primer paso), esta nueva secuencia codifica un ARN, que actúa como guía y, cuando se vuelve a dar una infección del mismo virus, se une al genoma del virus de esta segunda infección, actuando como marcador para que la proteína Cas lo degrade y así evite la muerte de la célula.

En otras ocasiones, también se ha visto que si la bacteria infectada forma parte de una comunidad bacteriana (formando biofilms, por ejemplo) el sistema CRISPR-Cas puede activarse y matar a dicha célula, en beneficio de la comunidad, lo que sería algo así como un “suicidio solidario”. Más adelante, también se ha descubierto que este sistema también se encuentra en algunos virus, quienes lo utilizan como contraataque a las defensas de las bacteria y demás microorganismos.

APLICACIÓN DEL SISTEMA CRISPR-Cas

Si todo esto es relevante para los humanos, sin duda es porque tiene muchas aplicaciones que nos pueden ser de gran beneficio, algunas de las más destacadas son:

  • Edición de genomas: este sistema nos permite editar genomas en multitud de organismos (ha funcionado correctamente en todos los estudiados hasta la fecha), es rápido (en pocas semanas se obtienen abundantes resultados), es eficaz y específico (al contrario que otros sistemas que ofrecen menor eficacia), es fácil de usar (no requiere de maquinaría de laboratorio demasiado compleja) y es barato (requisito indispensable para que cualquier descubrimiento se comercialice).
  • Identificación de cepas bacterianas: debido a su gran especificidad.
  • “Vacunación” de bacterias frente a virus: consiste en evitar que se produzca una infección en las bacterias, mediante la introducción de las “regiones espaciadoras” de origen viral, lo cual es de gran utilidad en la industria alimentaria.
  • Prevención de resistencia a antibióticos: la función del sistema CRISPR-Cas en este caso es la de evitar la entrada de plásmidos (regiones externas al genoma bacteriano que pueden transmitir genes de resistencia a antibióticos) en células que no presentan esta resistencia, lo que evita que se vuelvan “malignas”.
  • Generación de antimicrobianos selectivos: puesto que en nuestro organismo hay más bacterias (procariotas) que “células propias” (eucariotas), es muy importante emplear antimicrobianos que sean específicos respecto a las bacterias que queremos atacar (malignas). CRISPR-Cas permite atacar a las bacterias que nos interesan sin destruir a las no patógenas, a diferencia de otros antimicrobianos, lo que nos ofrece una gran selectividad.
  • Aplicación en multitud de organismos: este sistema es extrapolable a multitud de organismos vivos, incluidos los humanos, lo que lo hace de gran utilidad. Dentro de la multitud de familias CRISPR-Cas, la más conocida y aplicada (debido a su menor complejidad) es la CRISPR-Cas 9.

A pesar de todas estas ventajas que aporta, esta técnica aún no ha sido del todo pulida. Sin embargo, es muy probable que se consolide como la protagonista de una auténtica Revolución Científica, como ya lo fueron en su día otras técnicas como la PCR.

El sistema CRISPR-Cas ha sido estudiado por muchos científicos de renombre, entre los cuales me gustaría destacar al antes mencionado Dr Francis Mojica, quien junto a su equipo acuñó el término CRISPR (del inglés, Clustered Regularly Interespaced Short Palindromic Repeats).

El doctor Mojica estudió la función de CRISPR-Cas en arqueas, concretamente en Haloferax mediterranei entre los años 1993 y 1995. Este científico español ha recibido numerosos galardones por sus descubrimientos y ha estado en varias ocasiones nominado al Premio Nobel de Medicina (la última en este año 2017). Él mismo define el descubrimiento del sistema CRISPR como una “Revolución que amenaza con cambiarnos la vida incluso más que internet o el teléfono móvil ” y, sin duda, este sistema supondrá un gran impulso para la investigación científica.

 

 

Para profundizar más sobre cómo funciona el sistema CRISPR, adjunto el siguiente enlace:

https://www.youtube.com/watch?v=2pp17E4E-O8

 

 

 

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